Failure analyses of the screws in spinal fixation devices were carried out. The fractured screws were retrieved from a patient who had spinal surgery in the thoracic vertebrae from number 10 to 15. The failure occurred one month after the removal of the braces. Microstructures and fracture surfaces were examined by optical and scanning electron microscopy. The microstructures of the screws corresponded to annealed Ti-6Al-4V bar. However, in the vicinity of the screw surface, there was an insufficient number of fine precipitates. Fracture surfaces showed typical fatigue failure modes. Regarding the fact that no machining defects were detected, fatigue crack initiation might have been caused by the lack of precipitates near the screw surfaces. Only the fourth of five fixed screws was severely stress-concentrated by the action of the spinal bones, while the stress of the 4th screw was decreased to half of its acceptable level when the screw was supplemented by one more, which might have been fixed in the 6th vertebra under the 5th position by the switching of its position. The stress simulation was conducted by ANSYS with 3D CAD of PRO/E in order to understand the stress concentration behavior and to provide an effective spinal surgery guide.
In order to improve the fuel economy and dynamic behavior of automobiles, the weight reduction tendency of automobile parts is obvious. Also, in order to maximize assembly and maintenance convenience, various parts are integrated and modularized. Multi-piece methods require many manufacturing processes and become a factor of lowering the strength of parts. It is advantageous to overcome the disadvantages by integrally manufacturing to reduce the processing steps and ensure the strength of the parts. However, when it is necessary to process in a narrow space inside the part, it is impossible to process with the existing spindle. The angle head spindle is only a component of a machine tool, but it is a core part that requires high technology and is highly utilizable in products requiring high precision machining. Therefore, various and continuous studies needs for angle head spindles in areas such as vibration absorption, operational safety, excellent dimensional stability, and strength. In this paper, we propose an optimal design for angle head spindle by performing structural analysis and shape optimization for angle head spindle gear and case.
A cross drilling/milling Unit is an important mechanical part which is widely used in many kinds of machining tool, and various gear trains with good accuracy and reliability features are widely used in power transmission systems. A study on a novel power transmission optimization method for driving gear trains in cross drilling/milling units is presented in this paper. A commercial program for gear system simulation, Romax Designer, was used in this research to intuitively observe the gear meshing and the load distribution conditions on the gear teeth. We obtained the optimal modification value through comparing the results of repeated experiments. For validation, optimized gears were fabricated and then measured with a precision tester.
레일의 잔류응력은 레일의 피로 및 파괴 특성에 영향을 끼치는 인자로서, 레일의 가공 및 열처리 등 생산 과정 단계에서 이미 형성되며, 이를 정확하게 분석하는 기술은 매우 중요한 문제이다. 본 연구에서는 레일 내부에 존재하는 잔류응력을 측정하기 위하여, 잔류응력 분석방법의 하나인 파괴법 기반 굴곡측정법을 적용하여 레일 축 방향의 잔류응력을 평가하였다. 레일의 축 방향과 수직한 단면을 방전가공을 사용하여 느린 속도로 단면을 절단한 후 레이저 기반인 굴곡 측정기를 이용하여 단면의 굴곡을 정밀 측정하였다. 측정된 데이터는 유한요소해석 프로그램 ABAQUS를 활용하여 설정한 요소로 잔류응력으로 변환시켰으며, 총 3종의 다른 규격을 갖고 있는 신 레일 (50N, KR60, UIC60)의 잔류응력 값의 경향과 수치를 비교하였다.
Recently, investment in the aerospace industry has increased, and titanium alloys have been widely adopted for manufacturing parts in the aerospace industry. The Ti-6Al-4V alloy has high strength in high-temperature and high-pressure environments and is evaluated as a material with excellent heat, corrosion, and abrasion. However, titanium alloys are expensive, difficult to cut, and possess a large cutting load during the drilling process. In this study, the cutting force generated in the drilling process of Ti-6Al-4V alloy was verified via finite element analysis (FEM) and cutting force measurement experiments. A structural analysis was performed based on the cutting analysis data to verify the plastic deformation occurring during the drilling process of cylindrical Ti-6Al-4V alloy aircraft parts. Methods were proposed to predict the amount of deformation that occur during the manufacturing process of titanium-alloy aircraft parts and control the external environment, to minimize the amount of deformation.
The depletion of resources and waste disposal caused by the continuous development of industry have emphasized the need to reduce consumption and production, recycle and reuse, and the importance of remanufacturing has increased in recent years. The spindle part of the aging planner miller, which is currently being remanufactured, is one of the factors that has the greatest impact on the performance of the machine tool. When designing the spindle part of the spindle shaft, there are considerations such as the configuration size bearing performance of the main shaft, but the diameter of the main shaft, the dangerous speed bearing, and the arrangement that affect the machining accuracy should be basically considered. As such, various studies have been conducted on the design of machine tool spindle spindles, but research on the reverse engineering of existing aging machine tool spindle spindles is poor. Reverse engineering is designing in the direction of improving performance by extracting specifications from already finished products, and first scanning the reverse engineered object through a 3D scanner, 3D modeling is performed based on the collected data, and then the process of deriving improvement plans by reverberating to improve performance by identifying wear and damage conditions is followed. Therefore, in this study, the purpose of this study is to provide data on reverse engineering by deriving improvement plans through optimal design for the bearing position of the aging planar Miller spindle spindle using central composite programming.
With the recent development of super-precision optical instruments, camera modules for devices, such as portable terminals and digital camera lenses, are increasingly being used. Since an optical lens is usually produced by high-temperature compression molding methods using tungsten carbide (WC) alloy molding cores, it is necessary to develop and study technology for super-precision processing of molding cores and coatings for the core surface. In this study, Rhenium-Iridium (Re-Ir) thin films were deposited onto a WC molding core using a sputtering system. The Re-Ir thin films were prepared by a multi-target sputtering technique, using iridium, rhenium, and chromium as the sources. Argon and nitrogen were introduced through an inlet into the chamber to be the plasma and reactive gases. The Re-Ir thin films were prepared with targets having a composition ratio of 30 : 70, and the Re-Ir thin films were formed with a 240 nm thickness. Re-Ir thin films on WC molding core were analyzed by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM), and Ra (the arithmetical average surface roughness). Also, adhesion strength and coefficient friction of Re-Ir thin films were examined. The Re-Ir coating technique has received intensive attention in the coating processes field because of promising features, such as hardness, high elasticity, abrasion resistance and mechanical stability that result from the process. Re-Ir coating technique has also been applied widely in industrial and biomedical applications. In this study, WC molding core was manufactured, using high-performance precision machining and the effects of the Re-Ir coating on the surface roughness.
본 연구의 목적은 니켈티타늄 전동파일의 피로파절에 있어서 표면 결함의 역할을 규명하고자 fatigue tester에서 반복적 인 fatigue force를 부여한 후 파절된 단면을 주사전자현미 경으로 관찰하여 파절 역학을 규명하는 것이다. 총 45개의 #30/.04 taper와 21 mm의 HEROShaper 니켈-티타늄 전동파일을 15개씩 3개의 군으로 분류하였다. 제 1군은 결함이 없는 새 HEROShaper파일, 제 2군은 제조과정에서 metal rollover나 machining marks와 같은 표면결함을 갖는 HEROShaper파일, 제 3군은 임상에서 4- 6개의 구치부 근관의 확대에 사용한 HEROShaper 파일을 사용하였다. 모든 파일들은 회전속도(300 rpm)와 pecking distance (3 mm)가 일정하게 맞춘 fatigue tester에서 파절될 때까지 시간을 측정한 후 통계분석을 통해 각 군간의 유의성을 분석하였고, 파절 단면의 farctographic analysis를 통해 파절역학을 규명하고자 하였다 실험결과 평균 파절시간에 있어서 group 1과 2, group 1과 3사이에는 통계학적으로 유의할 만한 차이가 있었으나 (p<0.05), group 2와 3사이에는 통계학적인 차이가 없었다. Fractographic analysis 결과 대부분의 파절면에서 microvoid와 dimple 소견을 갖는 ductile fracture양상이 관찰되었다. 또한 brittle fracture가 일어난 파절면에서는 파절선 전방에 수 많은 striation들이 관찰되었고 transgranular 및 intergranular cleavage 소견도 보였다. 표면결함이 있는 제 2, 3 군의 파절단면에서는 모든 시편에서 표면결함이 관찰되었다. 이와 같은 결과로 미루어 보아 표면결함이 반복 피로파절에서 미세균열의 기시점으로 중요한 역할을 하며 fractography분석법은 Ni-Ti 파일의 파절역학을 규명하는데 유용함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 25배 태양광 집광장치에 적용될 선형 프레넬 렌즈의 최적화에 대해 서술한다. 이 선형 프레넬 렌즈는 각기 다른 패턴을 가진 $10{\times}10$ mm 크기의 선형 프레넬 렌즈가 $5{\times}5$의 형태로 결합된 렌즈이다. 각 프레넬 렌즈는 같은 크기의 태양전지로 태양광이 입사할 수 있도록 최적화되어 있다. 최적화된 프레넬 렌즈의 설계치는 패턴높이 35 ${\mu}m$, 구배각 $4^{\circ}$, 모서리 라운드 1 ${\mu}m$로 각각의 선형 프레넬 렌즈에 모두 같은 값이 부여되었지만 사면경사각은 $14.1^{\circ}{\sim}31.2^{\circ}$로 각기 다르다. 이렇게 설계된 선형 프레넬 렌즈의 태양광 집광효율은 80%이상이며 기존의 25배 집광용 단일 프레넬 렌즈보다 오정렬 및 제작공차 측면에서 강력한 성능을 가진다. 설계된 선형 프레넬 렌즈의 민감도 분석을 통해 모서리 라운드가 1 ${\mu}m$씩 증가할수록 집광효율이 ~5%씩 저하되는 것을 파악하였고 이에 모서리 라운드가 최소한의 수치로 유지되어야 함을 확인하였다.
세계적으로 반도체장비 시장은 오래전부터 성장하고 있다. 유체제어시스템은 반도체 제조 장비에 사용되어지는 배관을 집적화시켜 유체의 공급을 제어할 수 있도록 모듈화, 소형화한 시스템이다. 반도체의 제조공정은 여러 종류의 맹독성 가스를 필수적으로 다루어야 한다. 특히 실제 작업 공정에서는 이러한 맹독성 가스의 정밀한 제어가 필요하다. 이러한 맹독성가스를 제어하는 시스템은 피팅, 밸트, 튜브, 필터, 레귤레이터 등 다양한 부품들로 구성되어 있다. 이 부품들은 누출 없이 고압 가스를 계속 제어해야 하기 때문에 정밀하게 제조되어야 하고 내부식성이 있어야 한다. 이를 위해 금속 블록 및 금속 가스킷의 표면 가공 및 경화 기술을 연구해야 한다. 본 논문에서는 이러한 유체제어시스템에서 가장 기본이 되는 V-Block의 직경, 유량, 각도를 다르게 설계하여 내부에서 어떠한 유동흐름을 보이는지 파악하고자 하며, 유체제어시스템에서 가장 기본이 되는 유체제어벨브 시스템의 내부 유동해석을 통하여 안정적인 유량을 공급할 수 있는 설계의 최적화에 대해 연구하고 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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